【正文】 對于采用主從結(jié)構(gòu)的BITBUS總線的電梯串行通訊系統(tǒng)，如果進(jìn)行冗余容錯就必須對整個系統(tǒng)進(jìn)行冗余，這顯然很復(fù)雜且很不經(jīng)濟(jì)。為使系統(tǒng)具有容錯能力，必須在系統(tǒng)中增加適當(dāng)?shù)娜哂鄦卧?，保證當(dāng)某個單元發(fā)生故障時能由冗余單元接替其工作，原單元修復(fù)后再恢復(fù)出錯前的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，通過硬件自診斷機(jī)能和測度機(jī)能檢出后，迅速進(jìn)行自我故障排除，若不能排除，則迅速報(bào)警，并將故障信息顯示于控制柜操作面板。 降低系統(tǒng)各單元的MTTR 采用CANBUS總線的電梯串行通訊系統(tǒng)由于采用了模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個模塊功能簡單，易于維護(hù)，在發(fā)生故障時便于及時發(fā)現(xiàn)故障位置，迅速更換，有利于縮短系統(tǒng)的平均維修時間MTTR，從而提高系統(tǒng)的利用率?？梢灶A(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，CANBUS將逐漸取代BITBUS，成為電梯串行通訊系統(tǒng)中的主流產(chǎn)品。CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及檢錯措施，而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重時具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，使總線上其它操作不受影響，具有很高的可靠性。其潛在的危險就是采用了集中控制方式，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將癱瘓，而具有多主結(jié)構(gòu)的CANBUS總線卻可以克服上述缺點(diǎn)。此外，結(jié)構(gòu)上的分散也就意味著控制的分散、供電的分散、負(fù)荷的分散和干擾的分散，因此從根本上分散了影響系統(tǒng)可靠性的外部因素，從而保證系統(tǒng)能夠達(dá)到很高的MTBF。因此，電梯串行通訊系統(tǒng)最好設(shè)計(jì)成集散控制系統(tǒng)，即將整個系統(tǒng)分解為多個自律性極強(qiáng)的獨(dú)立單元，每一單元都比較簡單，可靠性大為提高。另一個重要指標(biāo)則是故障平均修復(fù)時間MTTR(Mean Time To Repair)。衡量產(chǎn)品可靠性的常用量化指標(biāo)主要有：可靠度、失效率、平均壽命、平均維修時間和利用率等。其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。因此，在電梯串行通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如何增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力、提高系統(tǒng)工作的可靠性是一個不容忽視的重要內(nèi)容。 并聯(lián)電梯調(diào)度方法的研究 電梯串行通訊系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 文君摘要： 介紹了電梯串行通訊系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的基本方法及硬件抗干擾措施，并對軟件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了初步探討。 在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試的基礎(chǔ)上，采用上述方法，實(shí)地對兩臺17層電梯進(jìn)行改造，經(jīng)有關(guān)部門檢測和近一年的實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，乘坐舒適，故障率大為降低，平層精度在177。當(dāng)其值進(jìn)入DM34與DM35區(qū)段時，HR01置位，表示進(jìn)入快速換速區(qū)間；若此時有選層信號且電梯為快速運(yùn)行，則發(fā)快速換速信號（0503置ON）。 以上行為例，DM31快速換速點(diǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)是樓層間距DM30與快速換速舉例DM01之差；DM31和DM30的值分別賦給DM34和DM35。 快速換速工作原理 限于篇幅，本文僅對快速換速工作原理進(jìn)行介紹，梯形圖如圖5所示。 脈沖信號故障檢測 脈沖信號的準(zhǔn)確采集和傳輸在本系統(tǒng)中顯得尤為重要，為檢測旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖傳輸電路故障，設(shè)計(jì)了有無脈沖信號和錯漏脈沖檢測電路，通過實(shí)時檢測確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。程序流程圖如圖4所示。中速換速與快速換速判斷方法類似，不再重復(fù)。若電梯中速運(yùn)行或雖快速運(yùn)行但本層無選層信號，則不發(fā)換速信號。為防止計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖高電平期間重復(fù)計(jì)數(shù)，采用樓層計(jì)數(shù)信號上沿觸發(fā)樓層計(jì)數(shù)器。樓層計(jì)數(shù)程序流程圖如圖2 所示。運(yùn)行前通過自學(xué)習(xí)方式，測出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù)，對應(yīng)17層電梯分別存入16個內(nèi)存單元DM06 ~ DM21。下面針對在實(shí)現(xiàn)集選控制基礎(chǔ)上新增添的樓層計(jì)數(shù)、快速換速、中速換速、門區(qū)和平層信號5個子程序進(jìn)行介紹。電梯在運(yùn)行過程中，通過位置信號檢測，軟件實(shí)時計(jì)算以下位置信號：電梯所在樓層位置、快速換速點(diǎn)、中速換速點(diǎn)、門區(qū)信號和平層位置信號等。5mm內(nèi)，大大低于國標(biāo)177。1個脈沖當(dāng)量范圍。高速計(jì)數(shù)器的值不斷地與各信號點(diǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，由此判斷電梯的運(yùn)行距離、換速點(diǎn)、平層電和制動停車點(diǎn)等信號。電梯位移 h=SI 式中 I——累計(jì)脈沖數(shù) S——脈沖當(dāng)量 S = lpD / (pr) （1） 本系統(tǒng)采用的減速機(jī)，其減速比l = 1/32，曳引輪直徑D = 580mm，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ned = 1450r/min，旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)p = 1024，PG卡分頻比r = 1/18，代入式（1）得 S = / 脈沖 3 程序設(shè)計(jì) 利用變頻器PG卡輸出端（）將脈沖信號引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端0000，構(gòu)成位置反饋。采用變頻調(diào)速雙環(huán)控制可基本滿足要求，但和國外高性能電梯相比還需進(jìn)一步改進(jìn)。變頻器本身設(shè)有電流檢測裝置，由此構(gòu)成電流閉環(huán)；通過和電機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器，產(chǎn)生a、b兩相脈沖進(jìn)入變頻器，在確認(rèn)方向的同時，利用脈沖計(jì)數(shù)構(gòu)成速度閉環(huán)。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時，向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向、啟動、加/減速運(yùn)行和制動停梯等信號。 PLC控制電路 選用OMRON公司C系列60P型PLC。 Q1——三相電源斷路圖 K1——電源控制接觸器 K2——負(fù)載電機(jī)通斷控制接觸器 VS——變頻器 BU——制動單元 RB——能耗制動電阻 M——主拖動曳引電機(jī) 主電路 主電路由三相交流輸入、變頻驅(qū)動、曳引機(jī)和制動單元幾部分組成。本設(shè)計(jì)在用PLC控制變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電流、速度雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上，在不增加硬件設(shè)備的條件下，實(shí)現(xiàn)電流、速度、位移三環(huán)控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。 1 引言 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。PLC在電梯位移控制中的應(yīng)用本文采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)電梯常規(guī)控制的基礎(chǔ)上，利用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號構(gòu)成位置反饋，實(shí)現(xiàn)電梯的精確位移控制。通過PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)樓層計(jì)數(shù)、換速信號、門區(qū)和平層信號的數(shù)字控制，取代井道位置檢測裝置，提高了系統(tǒng)的可靠性和平層精度。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號集選控制。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活。 2 硬件電路 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，其各部分功能說明如下。由于采用交直交電壓型變頻器，在電梯位勢負(fù)載作用下，制動時回饋的能量不能饋送回電網(wǎng)，為限制泵升電壓，采用受控能耗制動方式。PLC接收來自操縱盤和每層呼梯盒的召喚信號、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經(jīng)程序判斷與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制。 電流、速度雙閉環(huán)電路 采用YASAKWA公司的VS616G5 CIMRG5A 4022變頻器。 位移控制電路 電梯作為一種載人工具，在位勢負(fù)載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運(yùn)行平穩(wěn)，乘坐舒適，?？繙?zhǔn)確。本設(shè)計(jì)正是基于這一想法，利用現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成速度環(huán)的同時，通過變頻器的PG卡輸出與電機(jī)速度及電梯位移成比例的脈沖數(shù)，將其引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端口0000，通過累計(jì)脈沖數(shù)，經(jīng)世式（1）計(jì)算出脈沖當(dāng)量，由此確定電梯位置。高速計(jì)數(shù)器（CNT47）累加的脈沖數(shù)反映電梯的位置。理論上這種控制方式其平層誤差可在177。在考慮減速機(jī)齒輪嚙合間隙等機(jī)械因素情況下，電梯的平層精度可達(dá)177。15mm的標(biāo)準(zhǔn)，滿足電梯起制動平滑，運(yùn)行平穩(wěn)，平層準(zhǔn)確的要求。由此省去原來每層在井道中設(shè)置的上述信號檢測裝置，大大減少井道檢測元件和信號連線，降低成本。 樓層計(jì)數(shù) 本設(shè)計(jì)采用相對計(jì)數(shù)方式。 樓層計(jì)數(shù)器（CNT46）為一雙向計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)竭_(dá)各層的樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)時，根據(jù)運(yùn)行方向進(jìn)行加1或減1計(jì)數(shù)。 運(yùn)行中，高速計(jì)數(shù)器累計(jì)值實(shí)時與樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，相等時發(fā)出樓層計(jì)數(shù)信號，上行加1，下行減1。 快速換速 當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)相等時，若電梯處于快速運(yùn)行且本層有選層信號，發(fā)快速換速信號。程序流程圖如圖3所示。 門區(qū)信號 當(dāng)高速計(jì)數(shù)器CNT47數(shù)值在門區(qū)所對應(yīng)脈沖數(shù)范圍內(nèi)時，發(fā)門區(qū)信號。平層信號與區(qū)信號判斷方法類似，不再重復(fù)。為消除脈沖計(jì)數(shù)累計(jì)誤差，在基站設(shè)置復(fù)位開關(guān)，接入PLC高速計(jì)數(shù)器CNT47的復(fù)位端0001。 圖中數(shù)據(jù)存儲單元DM01為快速換速距離脈沖數(shù)，DM30為樓層間距脈沖數(shù)，DM31為快速換速點(diǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)，DM34為高速換速比較區(qū)間下限，DM35為高速換速比較區(qū)間上限，HR01為快速換速點(diǎn)開始信號，1507為快速運(yùn)行信號，1700為選層信號，0010為零速信號，0503為快速換速輸出信號。運(yùn)行時高速計(jì)數(shù)器不斷累加脈沖數(shù)，每個掃描周期計(jì)數(shù)器的值與DM34~ DM35區(qū)段進(jìn)行比較。 4 結(jié)論 本文所述系統(tǒng)基于電氣集選控制原則，采用脈沖計(jì)數(shù)方法，用脈沖編碼器取代井道中原有的位置檢測裝置，實(shí)現(xiàn)位移控制，用軟件代替部分硬件功能，既降低系統(tǒng)成本，又提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)電梯的全數(shù)字化控制。5mm以內(nèi)，取得了良好的運(yùn)行效果。 關(guān)鍵詞： 串行通訊 可靠性 抗干擾 硬件 軟件 電梯工作現(xiàn)場往往存在大量的干擾源，電梯控制系統(tǒng)一旦因干擾而產(chǎn)生故障，很可能釀成嚴(yán)重的后果。 1 可靠性的基本概念 可靠性是產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。其中規(guī)定條件是指產(chǎn)品工作時所處的環(huán)境條件、維護(hù)條件、使用條件等；規(guī)定時間是指產(chǎn)品能夠正常工作的起止時間；規(guī)定功能則是指產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的功能。 在電梯串行通訊系統(tǒng)中，故障應(yīng)當(dāng)都是可以修復(fù)的，因此其平均壽命的確切含義應(yīng)當(dāng)是平均故障間隔時間MTBF(Mean Time Between Failure）。 2 保證電梯串行通訊系統(tǒng)可靠性的方法 提高系統(tǒng)各單元的MTBF 根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)的有關(guān)理論，單元越簡單，可靠性就越高。而且當(dāng)某一單元發(fā)生故障時不會影響整個系統(tǒng)。 目前在電梯串行通訊技術(shù)中占主導(dǎo)地位的是主從結(jié)構(gòu)的BITBUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它采用RS485總線，通訊結(jié)構(gòu)為命令、響應(yīng)式。它可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)可以在任一時刻向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，因此可以很方便地構(gòu)成冗余（容錯）系統(tǒng)。因此，采用CANBUS總線很容易構(gòu)成“集中管理、分散控制”的集散控制系統(tǒng)。 另外，在硬件電路板制作時，對所用元器件應(yīng)嚴(yán)格篩選，選用具有低失效率的器件，對某些重要的元器件進(jìn)行降級使用，元件在使用前進(jìn)行老化處理使之進(jìn)行偶然失效期等，從而在元件級很大程序地保證系統(tǒng)高可靠性。此外，還應(yīng)開發(fā)使用在線快速排除故障的設(shè)計(jì)方法，使用硬件自診斷和故障部件的自動隔離、自動恢復(fù)和熱機(jī)插撥技術(shù)。 冗余與容錯設(shè)計(jì) 容錯設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是承認(rèn)各單元發(fā)生故障的可能，進(jìn)而設(shè)法保證即使某單元發(fā)生故障，系統(tǒng)仍能正常工作。所以容錯與冗余是同時使用的技術(shù)。而對于采用多主結(jié)構(gòu)的CANBUS網(wǎng)絡(luò)的電梯串行通訊系統(tǒng)，由于各單元的相對獨(dú)立和相對簡化，使得冗余容錯比較容易實(shí)現(xiàn)，同時還便于在冗余時突出重點(diǎn)（如電梯操縱箱），減少不必要的冗余，從而使系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。其中1臺作為主機(jī)投入系統(tǒng)運(yùn)行，另一臺作為備份機(jī)也處于通電狀態(tài)。而故障排除后，原主機(jī)則轉(zhuǎn)為備份機(jī)，處于待命狀態(tài)。 診斷技術(shù) 診斷技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種檢測技術(shù)。 例如，對于電梯串行通訊系統(tǒng)中的單片機(jī)，受外界干擾時可能會產(chǎn)生程序彈飛這一問題，可以設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時器來監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)。 3 串行通訊系統(tǒng)硬件抗干擾措施 電梯串行通訊系統(tǒng)中的元器件由于經(jīng)過篩選和老化處理，因此可靠性很高，平均無故障間隔時間MTBF很長，因此引起控制系統(tǒng)故障的原因多半不在于其本身，而在于從各種渠道進(jìn)入控制系統(tǒng)的干擾信號。為減少系統(tǒng)的錯誤和故障，提高系統(tǒng)的可靠性，就必須采用抗干擾措施，提高系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)能力。產(chǎn)生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合，長線傳輸?shù)幕ジ?，空間電磁場引起的磁場耦合以及50Hz工頻的高次諧頻干擾等。這是由于雙絞線中每個絞線環(huán)繞向的互反特征，從而使各個小環(huán)路的電磁感應(yīng)互相抵消。 共模干擾 共模干擾是由于微處理器、放大器地和信號源地之間的電位差而產(chǎn)生的干擾，也稱為縱向干擾或共態(tài)干擾。 共模干擾的抑制措施主要有如下3種：變壓器隔離、光電隔離和浮地屏蔽。光電隔離是利用光電耦合器來實(shí)現(xiàn)兩個電路系統(tǒng)間的隔離。相比較而言,光電隔離體積小,成本低,實(shí)現(xiàn)比較容易,應(yīng)用廣泛。 圖1中，信號從6N137的輸入端引腳輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳送到光敏二極管，反向偏置的光敏管經(jīng)光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流—電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的有關(guān)輸入端，與門的另一個輸入端為使能端。當(dāng)輸出信號電源小于觸發(fā)閥值且使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是極電集開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。 長線傳輸干擾 信號在長線傳輸中會遇到3個問題：一是長線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號延時，三是高速變化的信號在長線中傳輸時會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。 接地技術(shù) 接地是抗干擾措施中的關(guān)鍵步驟，因此對接地必須慎重處理。 電路板內(nèi)的信號地 電路板內(nèi)的信號地分為如下兩種情況： （1）對于采用了諸如模擬放大器、模擬開關(guān)、D/A轉(zhuǎn)換器等高精度模擬器件的電路板，接地必須嚴(yán)格要求。 （2）對于純數(shù)字電路的電路板，各器件可以允許多點(diǎn)接地，但地線應(yīng)盡可能粗，并盡量減少串聯(lián)接地的情況。 模擬量輸入信號與屏蔽的接地 （1）如果信號源不接地，差分放大電路端接地，則屏蔽體應(yīng)在放大器端接地，且接地應(yīng)保證從放大器到大地的電阻小于1W。（3）如果信號源端與差分放大電路端都必須接地，則對信號必須采用變壓器或光電隔離等措施，且屏蔽體在信號源端接地。 4 串行通訊系統(tǒng)軟件的可靠性設(shè)計(jì) 利用軟件提高系統(tǒng)可靠性 電梯串行通訊系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，因此系統(tǒng)的可靠性也分硬件可靠性和軟件可靠性兩個方面。但是，要讓整個系統(tǒng)得到理想的可靠性上述措施還顯不夠，還要利用軟件來進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可